String类为什么要设计成不可变的

原文：http://blog.csdn.net/qingmengwuhen1/article/details/52175303

1.什么是不可变？

String不可变很简单，如下图，给一个已有字符串“abcd”第二次赋值成”abced”,不是在原内存地址上修改数据，而是重新指向一个新对象，新地址。



2.String为什么不可变？

翻开JDK源码，java.lang.String类起手前三行，是这样写的：

[java] view plain copy print?public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence { /** String本质是个char数组. 而且用final关键字修饰.*/ private final char value[];

public final class String
implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence
{
/** String本质是个char数组. 而且用final关键字修饰.*/
private final char value[];

首先String类是用final关键字修饰，这说明String不可继承。再看下面，String类的主力成员字段value是个char[]数组，而且是用final修饰的。final修饰的字段创建以后就不可改变。

有的人以为故事就这样完了，其实没有。因为虽然value是不可变的，也只是value这个引用地址不可变。挡不住Array数组是可变的事实。



也就是说Array变量只是stack上的一个引用，数据的本体结构在heap堆。String类里的value用final修饰，只是说stack里的这个叫value的引用地址不可变。没有说堆里array本身数据不可变。看这个这个例子，

[java] view plain copy print?final int[] value={1,2,3} int[] another={4,5,6}; value = another;//编译器报错，final不可变

final int[] value={1,2,3}
int[] another={4,5,6};
value = another;//编译器报错，final不可变

value用final修饰，编译器不允许我把value指向堆区另一个地址。但如果直接对数组元素动手，分分钟搞定。

[html] view plain copy print?final int[] value={1,2,3}; value[2]=100;//这时候数组里已经是{1,2,100}

final int[] value={1,2,3};
value[2]=100;//这时候数组里已经是{1,2,100}

所以String是不可变，关键是因为SUN公司的工程师，在后面所有String的方法里很小心地没有去动Array里的元素，没有暴露内部成员字段。private final char value[]这一句里，private的私有访问权限的作用都比final大。而且设计师还很小心地反整个String设计成final禁止继承，避免被其他人继承后破坏。所以String是不可变的关键在于底层的实现，而不是一个final。考验的是工程师构造数据类型，封装数据的功力。

3.不可变有什么好处？

这个最简单的原因，就是为了安全。看下面这个场景，一个函数appendStr()在不可变的String参数后面加上一段“bbb”后返回。appendSb()负责在可变的StringBuilder后面加”bbb”。

[java] view plain copy print?Class Test{
//不可变的String
public static String appendStr(String s){
s+=”bbb”;
return s;
}

//可变的StringBuilder
public static StringBuilder appendSb(StringBuilder sb){
return sb.append(“bbb”);
}

public static void main(String[] args){
String s = new String(“aaa”);
String ns = Test.appendStr(s);
System.out.println(”String aaa>>>”+s.toString());

//StringBuilder做参数
StringBuilder sb = new StringBuilder(“aaa”);
StringBuilder nsb = Test.appendSb(sb);
System.out.println(”StringBuilder aaa >>>”+sb.toString());
}
}

Class Test{
//不可变的String
public static String appendStr(String s){
s+="bbb";
return s;
}

//可变的StringBuilder
public static StringBuilder appendSb(StringBuilder sb){
return sb.append("bbb");
}

public static void main(String[] args){
String s = new String("aaa");
String ns = Test.appendStr(s);
System.out.println("String aaa>>>"+s.toString());

//StringBuilder做参数
StringBuilder sb = new StringBuilder("aaa");
StringBuilder nsb = Test.appendSb(sb);
System.out.println("StringBuilder aaa >>>"+sb.toString());
}
}

如果程序员不小心像上面例子里，直接在传进来的参数上加上“bbb”.因为Java对象参数传的是引用，所有可变的StringBuffer参数就被改变了。可以看到变量sb在Test.appendSb(sb)操作之后，就变成了”aaabbb”。有的时候这可能不是程序员的本意。所以String不可变的安全性就体现在这里。

再看下面这个HashSet用StrinbBuilder做元素的场景，问题就更严重了，而且更为隐蔽。

[java] view plain copy print?HashSet<StringBuilder> hs = new HashSet<StringBuilder>();
StringBuilder sb1 = new StringBuilder(“aaa”);
StringBuilder sb2 = new StringBuilder(“aaabbb”);
hs.add(sb1);
hs.add(sb2); //这时候HashSet里是{“aaa”,”aaabbb”}

StringBuilder sb3 = sb1;
sb3.append(”bbb”);//这时候HashSet里是{“aaabbb”,”aaabbb”}
System.out.println(hs);

HashSet<StringBuilder> hs = new HashSet<StringBuilder>();
StringBuilder sb1 = new StringBuilder("aaa");
StringBuilder sb2 = new StringBuilder("aaabbb");
hs.add(sb1);
hs.add(sb2);    //这时候HashSet里是{"aaa","aaabbb"}

StringBuilder sb3 = sb1;
sb3.append("bbb");//这时候HashSet里是{"aaabbb","aaabbb"}
System.out.println(hs);

StringBuilder型变量sb1和sb2分别指向了堆内的字面量“aaa”和”aaabbb”。把它们都插入一个HashSet。到这一步没问题。但如果后面我把变量sb3也指向sb1的地址，再改变sb3的值，因为StringBuilder没有不可变性的保护，sb3直接在原先“aaa”的地址上改。导致sb1的值也变了。这时候，HashsSet上就出现了两个相等的键值”aaabbb”。破坏了HashSet键值的唯一性。所以千万不要用可变类型做HashMap和HashSet键值。

还有一个大家都知道，就是在并发场景下，多个线程同时读一个资源，是不会引发竞态条件的。只有对资源做写操作才有危险。不可变对象不能被写，所以线程安全。

最后别忘了String另外一个字符串常量池的属性。像下面这样的字符串one和two都用字面量”something”赋值。它们其实都指向同一个内存地址。

String one = “someString”;

String two = “someString”;



这样在大量使用字符串的情况下，可以节省内存空间，提高效率。但之所以能实现这个特性，String的不可变是最基本的必要条件。要是内存里字符串内容能改来改去，这么做就完全没有意义了。